前言

　　為了適應(yīng)市場的需要，各種無模成形方法不斷涌現(xiàn)出來，如成形錘漸進(jìn)成形、噴丸成形、無模多點(diǎn)成形、激光熱應(yīng)力成形、旋壓成形、CNC高壓水噴射成形和金屬板料單點(diǎn)漸進(jìn)成形等。近年來，國內(nèi)外愈來愈多的學(xué)者致力于金屬板料單點(diǎn)漸進(jìn)成形技術(shù)的研究。漸進(jìn)成形技術(shù)是根據(jù)工件形狀的幾何信息，在數(shù)控設(shè)備上控制成形工具頭沿特定軌跡對板料進(jìn)行局部的塑性加工，使板料逐漸成形為所需工件。漸進(jìn)成形不需要專用的模具，重復(fù)性好，可控制金屬流動，能加工出形狀復(fù)雜的工件，對于飛機(jī)等多種小批量產(chǎn)品、家用電器等新產(chǎn)品的開發(fā)以及汽車新型樣車試制等具有較大的經(jīng)濟(jì)價值和廣闊的發(fā)展前景。

　　本文在對金屬板料數(shù)控單點(diǎn)漸進(jìn)成形技術(shù)進(jìn)行了一些研究的基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的資源，將計算機(jī)、數(shù)控成形機(jī)床以及成形工具、結(jié)構(gòu)簡單的夾具組成一個數(shù)控成形系統(tǒng)，采用預(yù)先編制好的控制程序逐點(diǎn)進(jìn)行板料零件的加工，成功成形出人面部形狀的鈑金零件。

　　1 漸進(jìn)成形分類及特點(diǎn)

　　1.1 漸進(jìn)成形的分類

　　漸進(jìn)成形分為負(fù)成形與正成形。負(fù)成形可以成形一些形狀比較簡單的零件，它不需要支撐模型，只需要簡單的夾具，板料由夾具夾緊，然后成形工具頭按設(shè)定好的程序?qū)崿F(xiàn)分層加工，每加工一層，成形工具頭便下降一定距離，進(jìn)行第二層的加工，如此直至結(jié)束，在加工過程中夾具夾緊板料始終不動。漸進(jìn)成形(負(fù)成形)及板料成形角原理示意圖如

　　圖1所示。

　　圖1 漸進(jìn)成形(負(fù)成形)及板料成形角原理示意圖

　　形狀復(fù)雜的零件要用正成形的方法。在正成形方法中，需要支撐模型，支撐模型的形狀要與所成形的零件的形狀一致，這種支撐模型與沖壓成形中的模具有很大差別，支撐模型的精度要求不是很高，并且材料的選擇比較靈活。在這種成形方法中，首先加工支撐模型，支撐模型加工完畢后再放上板料，以后的加工步驟與負(fù)成形基本相同，所不同的是正成形中成形工具頭每走完一層的路徑，托板都要帶動板料與成形工具頭共同向下移動相同距離。漸進(jìn)角度大于成形極限角的特征，則盡可能減小其高度，成形(正成形)原理示意圖如圖2所示。

　　圖2 漸進(jìn)成形(正成形)原理示意圖

　　1.2 漸進(jìn)成形方法的特點(diǎn)

　　漸進(jìn)成形過程中板料的成形能力有所提高，從成形極限圖上可以看出(圖3)，成形極限可以用‰+‰表示，因此，漸進(jìn)成形中板料可以有更大的變形量。漸進(jìn)成形的缺點(diǎn)主要是成形效率較低，成形單個零件所需要的相對時間比較長，因此如何提高其成形效率也

　　圖3 傳統(tǒng)成形方法與漸進(jìn)成形方法的成形極限曲線

　　2人面部模型漸進(jìn)成形試驗過程人面部模型是相對較為復(fù)雜的零件，在成形人面部模型的過程中，采用以下步驟：建模及生成加工代碼、制造支撐模型、加工人面部模型。

　　2.1 建模及生成加工代碼

　　漸進(jìn)成形中，板料的厚度變化遵循如下規(guī)律：(皖為板料的初始厚度)，秒稱為板料成形角(圖1)。每種材料有其相對應(yīng)的最大成形角度，稱為成形極限角。試驗用的LYl2M材料的成形極限角在650～700之間，超過此角度材料在成形過程中極易出現(xiàn)裂紋等失效形式，因此在建模時必須考慮這一點(diǎn)。用于加工成形的零件其板料成形角度盡量控制在成形極限角度之內(nèi)，對于某些要求最終要成形的人面部模型

　　首先考慮支撐模型的做法。支撐模型應(yīng)該省時、經(jīng)濟(jì)、實用，試驗中采用代木作為支撐模型，在加工人面部模型之前首先要在機(jī)床上加工出支撐模型。考慮到板料的厚度，直接對建立的人面部模型內(nèi)偏置一個板料厚度，用于生成支撐模型的加工代碼模型，然后生成加工代碼。加工支撐模型的程序只需要三軸的加工程序即可，具體加工信息如表l所示。

　　表1支撐模型加工程序信息

　　然后生成用于人面部漸進(jìn)成形加工的刀具軌跡。漸進(jìn)成形的刀具軌跡的產(chǎn)生思想是模擬模型的精加工，即加工余量設(shè)為零。UG中的CAM模塊沒有專門用于模擬板料擠壓成形的刀軌，根據(jù)漸進(jìn)成形的過程特點(diǎn)要求程序要按照層加工進(jìn)行，只有加工完上一層后才能進(jìn)入下一層進(jìn)行加工，因此在加工選項里面要選擇“層優(yōu)先”，這與銑削加工的深度優(yōu)不一樣。生成的三軸加工程序詳細(xì)信息如表2所示。其他的加工代碼信息與三軸銑中的設(shè)置相似。

　　表2 人面部漸進(jìn)成形加工程序詳細(xì)信息

　　由UG Nx3中生成的三軸加工代碼并不能直接用于人面部模型的漸進(jìn)成形，這是因為在正成形中除了成形工具對板料進(jìn)行層加工以外，板料還要隨著托板的下降而下降，就要求在加工代碼中有一個指令可以通過計算機(jī)控制托板的移動。在數(shù)控機(jī)床上，假設(shè)托板被命為4軸，顯然在程序中應(yīng)該有關(guān)于的信息。仔細(xì)分析漸進(jìn)成形的過程可以看出，在程序的第一層板料是緊貼在模型上面的，當(dāng)程序要下降一個距離進(jìn)行第二層加工時，裝夾板料的托板也要下降一個相同的距離。這樣可以編制一個轉(zhuǎn)換程序，程序的具體原理是逐行分析由UG Nx3中生成的加工代碼，找到成形工具進(jìn)入下一層進(jìn)行加工的語句，這里成形工具下降的方向為z軸負(fù)方向，并在z軸的值后面加入彳軸的值，從漸進(jìn)成形過程分析知道這個值與z軸相同。本試驗中利用軟件VB6.0編制的轉(zhuǎn)換軟件，很方便把UG里面生成的三軸加工程序轉(zhuǎn)換成漸進(jìn)成形所需要的程序。轉(zhuǎn)換后的加工程序即可用于板料的漸進(jìn)成形。

　　2.2 試驗過程

　　首先加工支撐模型，將代木裝夾到機(jī)床夾具上面，進(jìn)行粗、精加工，加工完的支撐模型如圖5所示。

　　因此在換刀后有一個重新定位的問題，要使?jié)u并且要在z軸方向上向上移動一個板料厚度的距離。如果存在誤差，在漸進(jìn)成形過程中成形工具在某些地方過度擠壓板料;如果支撐模型的硬度比較高，成形工具、板料、支撐模型之間的力會非常大，對板料的成形性能影響也很大，而在有的地方板料與支撐模型之間的貼合程度就很小。定位了加工程序的原點(diǎn)后，升起托板，把板料裝夾到托板上。圖6為試驗設(shè)計的裝夾裝置。

　　圖6 試驗設(shè)計的裝夾裝置

　　調(diào)入加工程序進(jìn)行漸進(jìn)成形。試驗中使用普通潤滑油，使用的LYl2M板料的實際厚度為0.923，板料尺寸為290 Inm×180 mm，待加工的人面部模型的尺寸：長度為168 mm、寬度為96 mm、高度為27 mm。按此加工兩個人面部零件，為了證明定位精度對零件加工結(jié)果的影響，零件l有比較高的定位精度，并特意在零件2定位時故意向x軸負(fù)方向移動1 nlIn，兩個零件的其他加工方法完全相同。最終成形的人面部零件1與零件2如圖7所示。

　　圖7 最終成形的人面部零件1與零件2

　　3 漸進(jìn)成形試驗結(jié)果分析

　　零件1原點(diǎn)定位精度比較高，可以成功地成形出需要的零件，零件的表面質(zhì)量比較好，對零件的一個斷面進(jìn)行厚度分析(圖8、9)，可以看出，材料的厚度基本符合萬=磊cos護(hù)的規(guī)律，并且在x軸的正負(fù)對稱方向厚度變薄一致。

　　圖9 零件1實際厚度與理論厚度分布比較示意圖

　　對于零件2，從圖10～12可以看出，由于定位誤差的原因，根本不能成形出設(shè)計的人面部零件，對于沒有受到擠壓的一側(cè)，由于板料的貼模性不好，材料變薄與艿=磊cos秒有較大誤差，并在有的地方材料發(fā)生堆積，使板料的厚度不但沒有減薄，反而有所加厚;板料在過度擠壓側(cè)材料變薄嚴(yán)重，并很快發(fā)生了破裂。

　　圖ll 零件2非擠壓側(cè)板料實際厚度與理論厚度比較圖

　　圖12 零件2過度擠壓側(cè)板料實際厚度與理論厚度比較圖

　　4 結(jié)論

　　(1)漸進(jìn)成形正成形方法可以成形形狀復(fù)雜的鈑金零件，成形只需要簡單的支撐模型，成形出的零件精度較高，表面質(zhì)量較好，對于小批量零件花費(fèi)時間少，節(jié)省資金，可以滿足產(chǎn)品不斷創(chuàng)新設(shè)計、多品種、小批量的要求。

　　(2)UG軟件可以生成用于漸進(jìn)成形的三軸加工代碼，不能完全符合漸進(jìn)成形正成形過程的要求，必須通過轉(zhuǎn)換程序?qū)G軟件產(chǎn)生的加工代碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使托板帶動板料實現(xiàn)隨著加工工具逐層下降的功能。

　　(3)漸進(jìn)成形正成形中定位精度非常重要，如果定位精度誤差達(dá)到一定程度，就會導(dǎo)致板料的貼模性不好，從而嚴(yán)重影響成形的質(zhì)量，甚至不能夠成功成形出零件。